[發明專利]制備復合膜的方法

在審

• 申請號: 202010064816.6
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN111495208A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: G.德西;W.米斯;P.沃特斯;R.亨德里克斯
• 申請（專利權）人: 愛克發－格法特公司
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;H01M8/0293;H01M8/1039;H01M8/1053;H01M8/106;H01M8/1067;H01M8/1081;H01M8/1086
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊思捷

制備復合膜的方法，其包含以下步驟：?將第一離聚物層涂布在中間支撐體上；?將干的多孔支撐體層壓至濕的第一離聚物層上；?用來自涂布的離聚物層的離聚物浸漬多孔支撐體；?任選地干燥經浸漬的多孔支撐體和第一離聚物層；?將第二離聚物層涂布在經浸漬的多孔支撐體上；?干燥第二離聚物層直到大部分溶劑蒸發；?使復合膜與中間支撐體層離。因此獲得的復合膜包含浸漬有離聚物的多孔支撐體和在經浸漬的支撐體兩側上的致密離聚物層。

本申請是申請號為201480047389.3母案的分案申請。該母案的申請日為2014年8月25日；發明名稱為“制備復合膜的方法”。

技術領域

本發明涉及制備復合離子交換膜的方法，和特別地涉及制造用于固體聚合物電解質燃料電池的復合離子交換膜的方法。

背景技術

離子交換膜為電化學電池的主要部件，所述電化學電池例如固體聚合物電解質燃料電池，氯-堿電解池和電池。離子交換膜還用于擴散滲析、電滲析、滲透蒸發和蒸汽滲透應用。

已知陰離子、陽離子和兩性離子交換膜。

離子交換膜可包含致密的聚合物膜。例如Nafion^?膜為市售可得的致密膜全氟磺酸(PFSA)離子交換膜，適用于固體聚合物電解質燃料電池和氯-堿電解池。在US 5422411中公開的包含經取代的α,β,β-三氟苯乙烯單體的聚合組合物還可用來制備用于離子交換膜的這些致密膜。

現有的致密膜離子交換膜在用于電化學電池例如燃料電池時受到某些應用限制，例如成本和厚度。

為了易于操作，例如在用于燃料電池的膜電極組件(MEA)的制備中，在干燥狀態和含水狀態的膜的機械強度是重要的。在電化學應用中，例如電解池和燃料電池中，操作期間膜的尺寸穩定性也是重要的。此外，為了改善它們的性能，通常期望減少膜厚度和降低膜電解質的當量重量，這兩者都傾向于降低含水狀態下的機械強度和尺寸穩定性。

用于改善有關致密膜離子交換膜的機械強度和尺寸穩定性的一個方法為通過使用多孔的增強支撐體材料。例如，可預形成無支撐的膜，然后層壓至增強支撐體，或可在增強支撐體的表面上直接形成致密膜。通常選擇增強支撐體使得其給予有關致密膜離子交換膜的一些機械強度和尺寸穩定性。復合膜(如下論述)也與增強支撐體層壓以形成增強膜。

層壓或將增強支撐體與致密膜或復合膜組合，雖然增加了機械強度和尺寸穩定性，然而不全然有益。一個原因是增強支撐體傾向于通過增加總厚度而使薄膜的目的失敗。另一個原因是，其還導致減少的離子電導率，由于增強支撐體的“遮蔽”作用。離子通過膜的最短路徑是從一個表面至另一個表面的垂直路徑。增強支撐體通常由非離子導電的材料制造。增強的離子交換膜中，離子不能垂直移動跨越膜而必須采用圍繞增強支撐體的迂回路線的那些部分為“遮蔽”區域。在增強膜中存在遮蔽區域減少了主動傳導離子的膜的有效面積，從而減少膜的有效離子電導率。

用于改善離子交換膜的機械強度和尺寸穩定性的另一個方法為將離子導電材料浸漬進多孔基底材料中以形成復合膜。通過將市售可得的微孔聚四氟乙烯(ePTFE)膜(Gore-Tex^?)用Nafion^?浸漬制備的這種復合離子交換膜已在Journal of theElectrochemical Society，132卷，514-515頁(1985)中描述。在該研究中的主要目標為開發具有期望的Nafion^?特征但以低成本生產的復合膜。類似地，US 5547551、US 5599614和US 5635041描述了包含浸漬有Nafion^?的微孔膨體PTFE基底的復合膜。Gore-Select^?膜(由W.L.Gore Associates可得)為包含微孔膨體PTFE膜的復合膜，所述PTFE膜中浸漬有離子交換材料。

EP-A 718903描述了制造增強的質子交換膜(PEM)的方法，通過將ePTFE放置在鐵環上并通過將離聚物放置在ePTFE之上在兩側都浸漬ePTFE。離聚物的浸漬、刷拭和噴涂都已描述。